汶川破坏性地震的破裂过程及其强地面运动模拟

2008 年汶川𝑀𝑆8.0 级地震是我国近二十年来最为人熟知的地震，其破裂发生在三个相互连接的断层面上且整体规模巨大。震后统计，此次地震受灾面积超过50 万平方公里，伤亡人数超过44 万人，造成经济损失超过8 千亿人民币。该地震是我国最特殊、最具代表性的实际地震案例。它发生在我国“南北地震带”中的龙门山断裂带上，同时该区域又为我国西南地区地震高发区域，是人口密集、城市密集、工业密集的震害预防关键区域。探索并掌握该地震的发震-致灾过程，可为该区域的防震减灾工作提供重要参考。
本研究利用最新的断层几何模型和高精度的速度结构，研究汶川地震包含震源自发破裂过程及相应强地面运动场的发震-致灾全过程，旨在探索汶川地震发生超剪切破裂的破裂动力学证据，最终得到一个能重现较多观测特征且包含超剪切破裂的断层破裂过程。

本研究以映秀-北川断层为主要研究对象，研究其在汶川地震期间的时空破裂特征。我们使用三维连续的非平面断层构建了非均匀初始应力断层模型，并结合精细的三维速度结构，采用参数敏感性分析方法在合理的断层破裂参数范围内，通过震源动力学破裂过程模拟得到汶川地震主断层的最优自发破裂过程。再利用所得到的破裂过程，通过强地面运动模拟得到其近场的地震动特征并分析相应致灾过程。在模拟期间，利用断层面滑动量分布、地表位错、破裂持续时间作为初步的动力学破裂过程约束，再以大范围地表烈度分布和局部台站强震记录作为进一步强地面运动的约束。经动力学破裂过程和运动学波场传播两阶段检验得到的最优地震情景，能够较好地重现汶川地震的主要观测特征，可作为该地震实际破裂过程的有效参考。同时，该破裂过程显示在映秀-北川断层东北段发生了一个稳定可持续拓展的超剪切破裂。该超剪切破裂自北川附近近地表区域出现，倾斜向下持续传播，在南坝附近消失。其转换机制与高川-北川间的共轭断层有关，由自由地表和障碍体机制共同作用产生。在其辐射区，相应的地震动特征被观测数据所验证，此证实了汶川地震实际破裂过程中发生了超剪切破裂，拓宽了我们对汶川地震的发震-致灾过程的认识。

整个研究通过成熟稳定的数值模拟方法利用最新的断层几何模型与更高精度的速度结构研究了2008 汶川地震中主断层的破裂过程，从动力学角度为汶川地震发生超剪切破裂提供了证据，为汶川地震提供了更加准确且全面的认识，为该区域震害防御工作奠定了科学基础，也为研究其他大地震的破裂过程提供了重要参考。

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